鐵路地下化(明挖覆蓋)工程之防洪閘門介紹

壹、說明

近年來由於整體水文環境變遷,聖嬰現象造成世界各地氣候異常,為預防鐵路地下化營運過程中,突發狀況之外水大量湧入隧道,於引道口設置永久性防洪閘門,以阻隔突發外水瞬間漫延至隧道內,減少損失及確保安全;因此,防洪閘門施工良窳,與台鐵營運及行車安全,息息相關。筆者有幸參與本項工程建設,本文僅就作左營地鐵北引道口(大中陸橋下,UK397+835處)防洪措施予以介紹。

貳、鐵路地下化之防洪閘門特性與施工說明

永久防洪措施(洪水防護)無法無限擴張,宜以不影響旅客觀感及營運負擔前提下規劃設計。本案依高雄都會區大眾捷運系統之最新準則(引道口防洪保護設計高程,採洪水位重現頻率200年、出水高度+1.1m),作為工程洪水位評估的辦理依據。

一、引道段防洪排水規劃

(一)引道段入口處,設置擺動式防洪閘門,以防止地面逕流水/洪水灌流入隧道,閘門基本條件如表1;照片如圖1所示。

(二)於引道口設置橫向截流溝,兩股間之中央低點,埋設縱向排水管,匯集降雨及滲漏之水量,排往引道末端抽水站後,再抽至翠華路既有雨水排水系統。

表1 防洪閘門基本條件一覽表

項次

說明

1

尺       寸:閘門處結構開口,寬10.55公尺。

2

設計 水 深:於軌面高程處,設計水深1.0公尺。

3

操作 水 位:0公尺。

4

水密 方 式:門扇後方三處(底部及兩側)採橡膠止水。

5

開閉 方 式:油壓驅動。

6

閘門關閉時間:順水流方向關閉,6分鐘內關閉。

7

電       源:3相380V AC 60Hz緊急電源。

8

控制 模 式:可現場控制及遠端控制,搭配CCTV即時傳輸畫面。

9

允許 變 形:配合閘門門框之支撐機制,於設計水深作用下,閘門最大變形量 =<   L/800。(L:最大淨跨距)

10

承 受 地 震 力:最大地表水平加速度0.23g,垂直加速度0.089g。

備註:現場控制(手動),一般於維護保養及檢修時使用;遠端控制(自動),屬系統設計功能需求。

 

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圖1 防洪閘門現地照片

二、防洪閘門之材料性質

(一)門扇及外露框架採用304型不銹鋼,表面採4號毛絲表面處理。

(二)於門扇及框架處,設置連續性之合成橡膠墊條(防水橡皮及壓縮墊),以抵抗水頭壓力。

(三)擺臂採ASTM A36鋼材並經防銹處理。

(四)自潤軸承,具高負荷性能低摩擦係數,導入鐵氟龍系之固體耐蝕性潤滑劑;附軸封防污染物進入,以保滾輪之靈活運轉性能。

(五)橡膠水封,抗拉強度200kg/cm2以上,斷裂伸長率400%以上,老化試驗(70OC.96小時)抗拉強度達原強度80%以上,壓縮變形30%以下。

(六)可能浸水之所有機電設備,均採用水密型(Watertight Type)構造。

三、防洪閘門之力學強度

(一)結構鋼容許應力,在正常載重情形下,不得超過容許應力設計法的規定;且材料極限強度之安全係數不得小於2.5。

(二)機械構件(含驅動裝置)容許應力,由電動機最大扭力計算所得之應力,需小於使用材料降伏應力的90%。

四、防洪閘門之施工注意事項

(一)本案閘門為單開門(懸臂)型式,門體由面鈑、主梁、端柱銲接而成,施工時門體應注意全閉狀態下之長期變形。

(二)門體下方需設置門止裝置(Stopper),以防止門體開啟超程時損傷設備。

(三)閘門需設置自動固定裝置,確保在全開或全閉到定位時,可自動鎖定閘門固定門體。

(四)閘門需具偵測裝置,當偵測到有故障時,訊號必須連動傳至控制盤產生警示。

(五)油壓驅動裝置,須提供一組具有槓桿之手動泵浦,以便電動泵發生故障時,能以手動方式操作閘門,手動出力不超過15公斤。

(六)油壓缸及油壓系統,需特別注意油壓桿衝程、負載及裝配狀況,以避免油壓桿延伸時導致異常彎曲;每組油壓缸應裝置二組極限開關,以控制油壓桿之最後行程;油壓管及管件,皆須以不銹鋼材料製成。

(七)油壓驅動裝置,需具有液壓油流量調整閥,可輕易調整油壓缸之前進/後退速度,調整範圍至少涵蓋閘門門體設計速度之75%~125%。

(八)所有穿牆之管套,皆須使用具防火等級及防水需求之填料填封。

(九)開門、驅動裝置及電器設備安裝完成後,進行運轉試驗時,先將閘門放置於關閉位置,檢查各部與門框之關係,再啟動電源及驅動裝置,啟閉閘門多次後,再檢查閘門及驅動裝置各部。(運轉須達順暢、無異聲及過度振動)

五、防洪閘門檢查流程,如圖2。

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圖2 防洪閘門檢查流程圖

六、防洪閘門定期檢查項目及維修方法,如表2。

表2 防洪閘門基本條件一覽表

項次

構件名稱

檢查項目

檢查內容

檢查方式

檢查頻率(使用單位)

檢查人員

維修方法

1

框架部分

防洪閘門

防洪閘門開啟、關閉動作確認

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

異物清潔

2

門框

是否變形、損壞

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換框架

3

維修檢查蓋

是否變形、損壞

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換維修檢查蓋

4

止水條

與防洪閘門間是否密合

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換止水條

5

有無損傷變形或變質

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換止水條

6

是否夾雜石頭及泥砂等異物

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

清潔止水條

7

傳動部分

迫緊器

是否變形、壞,動作有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換迫緊桿或迫緊器

8

頂升油缸

動作及聲音有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換導輪

9

門開關油缸

動作及聲音有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換轉向器

10

鉸鍊

鉸鍊處是否變形或損壞

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換鉸鍊

11

動作及聲音有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

鉸鍊上油除銹

12

馬達齒輪箱

旋轉處動作及噪音確認

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換馬達或齒輪

13

門栓

門栓作動有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換門栓油缸

14

門栓定位是否正確

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

調整極限開關

15

迫緊

馬達

動作及聲音有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換馬達

16

其他

洪水位偵測器

動作及聲音有無異常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換洪水位偵測器

17

排水口

排水功能是否正常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

清潔排水口

18

控制盤及操作盤

控制盤

各控制盤顯示燈號是否正常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

檢查燈號線路

19

各開關動作是否正常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

檢查動作開關線路

20

操作盤

各操作盤顯示燈號是否正常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換顯示燈

21

各開關動作是否正常

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換動作開關

22

電源線

是否有損傷

目視

每半年

現場指揮:1名

檢查人員:1名

更換電源線

 

參、結論

鐵路地下化工程為百年設施,以前瞻的規劃,創新的設計,在面臨鐵路困難環境下(經常性夜間施工),順利完成防洪閘門新建作業,兼顧營運維管需求,以土木工程技術,為在地美好生活增添篇章,藉本文給辛苦的監造單位與主辦機關,讚美喝采。

 

【本文稿經由台灣省土木技師公會技師報同意轉載;未經允許請勿任意轉載】

 


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